用关中断和互斥量来保护多线程共享的全局变量
第60节：用关中断和互斥量来保护多线程共享的全局变量
2016-03-15 10:17:29 来源:eefocus关键字： 关中断 互斥量 多线程共享 全局变量
在前面一些章节中，我提到为了防止中断函数把某些共享数据破坏，在主函数中更改某个数据变量时，应该先关闭中断，修改完后再打开中断;我也提到了网友“红金龙吸味”关于原子锁的建议。经过这段时间的思考和总结，我发现不管是关中断开中断，还是原子锁，其实本质上都是程序在多进程中临界点的数据处理，原子锁有个专用名词叫互斥量，而我引以为豪的状态机程序框架，主函数的switch语句，外加一个定时中断，本质上就是2个独立进程在不断切换并行运行。
为什么要保护多线程共享的全局变量?因为，多个线程同时访问同一个全局变量，如果都是读取操作，则不会出现问题。如果一个线程负责改变此变量的值，而其他线程负责同时读取变量内容，则不能保证读取到的数据是经过写线程修改后的。
这一节要教大家一个知识点：如何用关中断和互斥量来保护多线程共享的全局变量。
具体内容，请看源代码讲解。
(1)硬件平台：
基于朱兆祺51单片机学习板。
(2)实现功能：
在第5节的基础上略作修改，让蜂鸣器在前面3秒发生一次短叫报警，在后面6秒发生一次长叫报警，如此反复循环。
(3)源代码讲解如下：
#include "REG52.H"
#define const_time_3s 1332 //3秒钟的时间需要的定时中断次数
#define const_time_6s 2664 //6秒钟的时间需要的定时中断次数
#define const_voice_short 40 //蜂鸣器短叫的持续时间
#define const_voice_long 200 //蜂鸣器长叫的持续时间
void initial_myself();
void initial_peripheral();
void delay_long(unsigned int uiDelaylong);
void led_flicker();
void alarm_run();
void T0_time(); //定时中断函数
sbit beep_dr=P2^7; //蜂鸣器的驱动IO口
unsigned char ucAlarmStep=0; //报警的步骤变量
unsigned int uiTimeAlarmCnt=0; //报警统计定时中断次数的延时计数器
unsigned int uiVoiceCnt=0; //蜂鸣器鸣叫的持续时间计数器
unsigned char ucLock=0; //互斥量，俗称原子锁
void main()
{
initial_myself();
delay_long(100);
initial_peripheral();
while(1)
{
alarm_run(); //报警器定时报警
}
}
/* 注释一：
* 保护多线程共享全局变量的原理：
* 多个线程同时访问同一个全局变量，如果都是读取操作，则不会出现问题。如果一个线程负责改变此变量的值，
* 而其他线程负责同时读取变量内容，则不能保证读取到的数据是经过写线程修改后的。
* 鸿哥的基本程序框架都是两线程为主，一个是main函数线程，一个是定时函数线程。
*/
void alarm_run() //报警器的应用程序
{
switch(ucAlarmStep)
{
case 0:
if(uiTimeAlarmCnt>=const_time_3s) //时间到
{
/* 注释二：
* 用关中断来保护多线程共享的全局变量：
* 因为uiTimeAlarmCnt和uiVoiceCnt都是unsigned int类型，本质上是由两个字节组成。
* 在C语言中uiTimeAlarmCnt=0和uiVoiceCnt=const_voice_short看似一条指令，
* 实际上经过编译之后它不只一条汇编指令。由于另外一个定时中断线程里也会对这个变量
* 进行判断和操作，如果不禁止定时中断或者采取其它措施，定时函数往往会在主函数还没有
* 结束操作共享变量前就去访问或处理这个共享变量，这就会引起冲突，导致系统运行异常。
*/
ET0=0; //禁止定时中断
uiTimeAlarmCnt=0; //时间计数器清零
uiVoiceCnt=const_voice_short; //蜂鸣器短叫
ET0=1; //开启允许定时中断
ucAlarmStep=1; //切换到下一个步骤
}
break;
case 1:
if(uiTimeAlarmCnt>=const_time_6s) //时间到
{
/* 注释三：
* 用互斥量来保护多线程共享的全局变量：
* 我觉得，在这种场合，用互斥量比前面用关中断的方法更加好。
* 因为一旦关闭了定时中断，整个中断函数就会在那一刻停止运行了，
* 而加一个互斥量，既能保护全局变量，又能让定时中断函数正常运行，
* 真是一举两得。
*/
ucLock=1; //互斥量加锁。 俗称原子锁
uiTimeAlarmCnt=0; //时间计数器清零
uiVoiceCnt=const_voice_long; //蜂鸣器长叫
ucLock=0; //互斥量解锁。 俗称原子锁
ucAlarmStep=0; //返回到上一个步骤
}
break;
}
}
void T0_time() interrupt 1
{
TF0=0; //清除中断标志
TR0=0; //关中断
if(ucLock==0) //互斥量判断
{
if(uiTimeAlarmCnt<0xffff) //设定这个条件，防止uiTimeAlarmCnt超范围。
{
uiTimeAlarmCnt++; //报警的时间计数器，累加定时中断的次数，
}
if(uiVoiceCnt!=0)
{
uiVoiceCnt--; //每次进入定时中断都自减1，直到等于零为止。才停止鸣叫
beep_dr=0; //蜂鸣器是PNP三极管控制，低电平就开始鸣叫。
}
else
{
; //此处多加一个空指令，想维持跟if括号语句的数量对称，都是两条指令。不加也可以。
beep_dr=1; //蜂鸣器是PNP三极管控制，高电平就停止鸣叫。
}
}
TH0=0xf8; //重装初始值(65535-2000)=63535=0xf82f
TL0=0x2f;
TR0=1; //开中断
}
void delay_long(unsigned int uiDelayLong)
{
unsigned int i;
unsigned int j;
for(i=0;i
{
for(j=0;j<500;j++) //内嵌循环的空指令数量
{
; //一个分号相当于执行一条空语句
}
}
}
void initial_myself() //第一区 初始化单片机
{
beep_dr=1; //用PNP三极管控制蜂鸣器，输出高电平时不叫。
TMOD=0x01; //设置定时器0为工作方式1
TH0=0xf8; //重装初始值(65535-2000)=63535=0xf82f
TL0=0x2f;
}
void initial_peripheral() //第二区 初始化外围
{
EA=1; //开总中断
ET0=1; //允许定时中断
TR0=1; //启动定时中断
}
总结陈词：
从下一节开始我准备用几章节的内容来讲常用的数**算程序。这些程序经常要用在计算器，工控，以及高精度的仪器仪表等领域。C语言的语法中不是已经提供了+,-,*,/这些运算符号吗?为什么还要专门写算法程序?因为那些运算符只能进行简单的运算，一旦数据超过了unsigned long(4个字节)的范围就会出错。而这种大数据算法的程序是什么样的?欲知详情，请听下回分解----大数据的加法运算。